JPWO2019082821A1 - ウエハ載置台及びその製法 - Google Patents

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Abstract

ウエハ載置台１０は、ウエハ載置面１２ａを有するセラミックス基体１２の内部に、ウエハ載置面１２ａに近い方から、第１電極２１と第２電極２２とがウエハ載置面１２ａに平行になるように埋設されている。ウエハ載置台１０は、第１電極２１と第２電極２２とを電気的に導通する導通部３０を備えている。導通部３０は、第１電極２１と第２電極２２との間に、ウエハ載置面１２ａに平行な板状の金属メッシュからなる円形部材３２を複数枚重ねたものである。

Description

本発明は、ウエハ載置台及びその製法に関する。
従来、ウエハを処理するのに用いられるウエハ載置台が知られている。ウエハ載置台としては、セラミックスヒータや静電チャック、サセプタ（プラズマ発生用の電極を内蔵したもの）などがある。例えば、特許文献１には、こうしたウエハ載置台として、ウエハ載置面を有するセラミックス基体の内部に、ウエハ載置面に近い方から、円板状の第１電極と第１電極よりも外径の大きなリング状の第２電極とがウエハ載置面に平行になるように埋設されたものが開示されている。第１電極と第２電極とは、導通部を介して電気的に導通されている。特許文献１には、図９に示すように、ジグザグに屈曲させた金属メッシュからなる導通部などが開示されている。
特開２００３−１６３２５９号公報
ところで、ウエハ載置面に載置したウエハにプラズマ処理を施す際には、導通部に高周波電流が流れる。このとき、図９の導通部を採用したとすると、第１電極と第２電極との間の導通経路は、ジグザグのため第１電極と第２電極との間の距離よりもかなり長くなり、高周波電流が流れる際のインピーダンスが高くなる。その結果、導通部の発熱量が大きくなって、導通部の上方箇所が特異的に高温になり、均熱性が悪化するという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、互いに平行な第１電極及び第２電極が導通部を介して導通するように埋設されたウエハ載置台において、ウエハの均熱性を良好にすることを主目的とする。
本発明のウエハ載置台は、
ウエハ載置面を有するセラミックス基体の内部に、前記ウエハ載置面に近い方から、第１電極と第２電極とが前記ウエハ載置面に平行になるように埋設され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に導通する導通部を備えたウエハ載置台であって、
前記導通部は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記ウエハ載置面に平行な板状の金属メッシュ部材を複数枚重ねたものである。
このウエハ載置台では、導通部は、第１電極と第２電極との間にウエハ載置面に平行な板状の金属メッシュ部材を複数枚重ねたものである。こうした導通部は、導通経路が第１電極と第２電極との間の距離とほぼ同じであり、しかも金属メッシュ部材同士が多点で接触しているため、例えばジグザグに屈曲させた金属メッシュに比べて、高周波電流が流れるときのインピーダンスが低くなる。したがって、導通部の上方箇所が特異的に高温になるのを防止でき、ウエハの均熱性が良好になる。
なお、「平行」とは、完全に平行な場合のほか、実質的に平行な場合（例えば公差の範囲に入る場合など）も含む。
本発明のウエハ載置台において、前記金属メッシュ部材の網目空間には、前記セラミックス基体の材料が入り込んでいることが好ましい。こうすれば、強度的に有利になる。
本発明のウエハ載置台において、前記第１電極及び前記第２電極は、静電電極として用いられるか、ＲＦ電極として用いられるか、又は、静電電極及びＲＦ電極の両方に用いられてもよい。
本発明のウエハ載置台において、前記第１電極を円板電極とし、前記第２電極を前記第１電極よりも径が大きく前記第１電極と同心円上の円板電極又は環状電極としてもよいが、前記第１電極及び前記第２電極はいずれも円板電極であることが好ましい。第１電極が円板電極で第２電極が環状電極の場合には、第１電極をウエハ載置面の上からみたとき、第１電極のうち第２電極に重なっている二重部分（導通部が設けられている部分）と第２電極に重なっていない一重部分があるため、二重部分と一重部分とではウエハに与える影響が異なるおそれがある。これに対して、第１及び第２電極がいずれも円板電極の場合には、第１電極をウエハ載置面の上からみたとき、第１電極の全体が第２電極に重なっているため、そのようなおそれがない。
本発明のウエハ載置台において、前記セラミックス基体は、前記ウエハ載置面の外側に前記ウエハ載置面よりも低い環状段差面を有し、前記第１電極は、前記ウエハ載置面と向かい合うように設けられ、前記第２電極は、少なくとも一部が前記環状段差面に向かい合うように設けられていてもよい。こうすれば、環状段差面をフォーカスリングを載置する面に利用することができる。
本発明のウエハ載置台の製法は、
（ａ）第１電極又はその前駆体が埋設されたセラミックス加圧成形体の一方の面から第１電極又はその前駆体まで導通部を配置するための穴を掘る工程と
（ｂ）前記穴の中に板状の金属メッシュ部材を前記第１電極又はその前駆体に平行になるように複数枚重ねて入れ、最上段の前記金属メッシュ部材が前記穴の口に至るようにする工程と、
（ｃ）前記セラミックス加圧成形体の前記一方の面に、第２電極又はその前駆体を、前記第１電極に平行に且つ最上段の前記金属メッシュ部材と接するように設ける工程と、
（ｄ）前記第２電極又はその前駆体を覆うように前記セラミックス加圧成形体の前記一方の面にセラミックス粉末を敷いて加圧成形することにより積層体を得る工程と、
（ｅ）前記積層体をホットプレス焼成する工程と、
を含むものである。
このウエハ載置台の製法は、上述したいずれかのウエハ載置台を製造するのに適している。この製法では、板状の金属メッシュ部材を複数枚重ねて導通部を作製する。金属メッシュ部材を複数枚重ねた多層体は収縮性を有している。そのため、ホットプレス焼成時にセラミックス粉末が焼結して収縮するのをその多層体が妨げることはない。また、第１電極と第２電極との距離をコントロールしやすい。
本発明のウエハ載置台の製法において、工程（ｂ）では、穴の中に複数枚の金属メッシュ部材を重ねて入れたあと、その穴の中にセラミックス粉末を入れ、金属メッシュ部材の網目空間をセラミックス粉末で埋めるようにしてもよい。こうすれば、金属メッシュ部材の網目空間にはセラミックス粉末が入り込んでいるため、網目空間が空洞の場合に比べて焼成時にセラミックス基体にクラックが生じにくい。
なお、第１電極の前駆体とは、焼成後に第１電極になるものなどであり、例えば導電ペーストの印刷物）などが挙げられる。第２電極の前駆体もこれと同様である。
ウエハ載置台１０の縦断面図。 ウエハ載置台１０の平面図。 円形部材３２の斜視図。 導通部３０の断面図。 ウエハ載置台１０の製造工程図。 複数枚重ね合わされた円形部材３２のホットプレス焼成前後の断面図。 ウエハ載置台１０の使用例を示す説明図。 ウエハ載置台１１０の縦断面図。 ジグザグに屈曲させた金属メッシュからなる導通部の斜視図。
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はウエハ載置台１０の縦断面図（セラミックス基体１２の中心軸を通る面で切断したときの断面図）、図２はウエハ載置台１０の平面図、図３は円形部材３２の斜視図、図４は導通部３０の断面図である。なお、図２ではフォーカスリングＦＲを省略した。
ウエハ載置台１０は、ウエハＷにプラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うために用いられるものであり、半導体プロセス用の図示しないチャンバに配置される。このウエハ載置台１０は、セラミックス基体１２の内部に、第１電極２１と第２電極２２と導通部３０とを備えたものである。
セラミックス基体１２は、窒化アルミニウムや炭化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウムなどに代表されるセラミック材料からなる円板状のプレートである。セラミックス基体１２は、円形のウエハ載置面１２ａと、そのウエハ載置面１２ａの外側にウエハ載置面１２ａよりも一段低いフォーカスリング載置面１２ｂと、ウエハ載置面１２ａとは反対側の裏面１２ｃとを備えている。セラミックス基体１２の内部には、ウエハ載置面１２ａに近い方から、第１電極２１と第２電極２２とがウエハ載置面１２ａに平行（実質的に平行な場合を含む、以下同じ）になるように埋設されている。セラミックス基体１２のウエハ載置面１２ａやフォーカスリング載置面１２ｂには、エンボス加工により図示しない複数の凹凸が形成されている。ウエハ載置面１２ａに設けられた凹部とウエハ載置面１２ａに載置されるウエハＷとの間や、フォーカスリング載置面１２ｂに設けられた凹部とフォーカスリング載置面１２ｂに載置されるフォーカスリングＦＲとの間には、熱伝導用のガス（例えばＨｅガス）が裏面１２ｃ側から図示しないガス供給路を通って供給されるようになっている。フォーカスリングＦＲは、ウエハＷと干渉しないように上端部の内周に沿って段差を備えている。
第１電極２１は、セラミックス基体１２と同心円となる円板電極であり、ウエハ載置面１２ａと向かい合うように設けられている。第１電極２１は、モリブデン、タングステン又は炭化タングステンを主成分とする金属メッシュ又は金属プレートにより形成されている。第１電極２１は、ウエハ載置面１２ａに載置されるウエハＷを静電吸着する際に直流電圧が印加されるものである。第１電極２１は、セラミックス基体１２の裏面１２ｃに差し込まれた図示しない給電棒に接続され、この給電棒を介して直流電圧が印加されるようになっている。
第２電極２２は、第１電極２１よりも外径が大きくセラミックス基体１２と同心円となる環状電極であり、フォーカスリング載置面１２ｂと向かい合うように設けられている。第２電極２２は、第１電極２１と同じ材料の金属メッシュ又は金属プレートにより形成されている。第２電極２２は、フォーカスリング載置面１２ｂに載置されるフォーカスリングＦＲを静電吸着する際に直流電圧が印加されるものである。第２電極２２は、第１電極２１と導通部３０を介して電気的に接続されている。そのため、第１電極２１に直流電圧が印加されると、それに伴い第２電極２２にも直流電圧が印加される。
導通部３０は、第１電極２１と第２電極２２との間に設けられ、ウエハ載置面１２ａに平行な円形部材３２（図３参照）を複数枚重ねたものである。導通部３０は、図２に示すように、ウエハ載置台１０の周方向に沿って等間隔に複数個（ここでは８個）設けられている。円形部材３２は、第１電極２１と同じ材料の金属メッシュにより形成されている。金属メッシュは、線径が０．１〜０．５ｍｍであることが好ましく、１インチあたりのマス目の数が２０〜５０であることが好ましい。複数の円形部材３２は、面同士が重なり合っている。そのため、互いに接する２つの円形部材３２は、点接触部３０ａ（図４参照）を多数有している。また、導通部３０において第１電極２１と第２電極２２との間に形成される導通経路は、第１電極２１と第２電極２２との間の距離と同程度となる。
次に、ウエハ載置台１０の製造例について図５を用いて説明する。図５はウエハ載置台１０の製造工程を示す説明図である。
まず、平均粒径が数μｍ〜数１０μｍのセラミック粉末を用いて第１電極２１を内蔵した円板状のセラミックス加圧成形体４０を作製する（図５（ａ）参照）。このとき、第１電極２１はセラミックス加圧成形体４０の上面及び下面に平行になるようにする。
続いて、セラミックス加圧成形体４０の上面のうち導通部３０を設ける位置に第１電極２１に達する穴４２を掘る（図５（ｂ）参照）。
続いて、穴４２の中に、第１電極２１と平行になるように円形部材３２を複数枚重ねて入れて多層体３４としたあと、更にセラミック粉末を円形部材３２の網目空間に充填する（図５（ｃ）参照）。円形部材３２は、金属メッシュであるが、線径及び１インチあたりのマス目の数が上述した数値範囲内である。そのため、複数枚の円形部材３２を重ねた多層体３４は、ホットプレスによる焼成収縮後にはバルク（中実の円柱体）に比較的近くなる。そのため、円形部材３２の網目空間に充填されるセラミック粉末は比較的少量である。
続いて、セラミックス加圧成形体４０の上面に、第１電極２１に平行になるように環状の第２電極２２を載せる（図５（ｄ）参照）。このとき、第２電極２２は、多層体３４のうち最上段の円形部材３２と接触している。
続いて、第２電極２２を載せたセラミックス加圧成形体４０を金型に入れ、第２電極２２を覆うようにセラミックス加圧成形体４０の上面にセラミックス粉末を敷いて加圧成形することにより積層体４４を得る（図５（ｅ）参照）。
続いて、積層体４４をホットプレス焼成する（図５（ｆ）参照）。これにより、積層体４４に含まれるセラミックス粉末は焼結し、円板状のセラミックス基体４６になる。また、多層体３４は導通部３０になる。図６に示すように、複数枚の円形部材３２を重ねた多層体３４は、ホットプレス焼成時に面に対して垂直方向に収縮するため、セラミックス粉末が焼結して収縮するのを妨げない。その後、円板状のセラミックス基体４６の下面の外周部分を研削して段差を形成し、ウエハ載置面１２ａとフォーカスリング載置面１２ｂとを備えたセラミックス基体１２を得る。
次に、ウエハ載置台１０の使用例について図７を用いて説明する。図７はウエハ載置台１０の使用例の説明図である。
ウエハ載置台１０は、セラミックス基体１２の裏面１２ｃに金属製の冷却板５０を取り付けたあと、チャンバ８０内に設置される。チャンバ８０のうちウエハ載置台１０に対向する位置には、シャワーヘッド９０が設置されている。
ウエハ載置台１０のウエハ載置面１２ａに円板状のウエハＷを載置し、フォーカスリング載置面１２ｂにフォーカスリングＦＲを載置し、図示しない給電棒を介して第１電極２１に直流電圧を印加する。すると、第１電極２１に導通部３０を介して電気的に接続されている第２電極２２にも直流電圧が印加される。そのため、ウエハＷはウエハ載置面１２ａに静電吸着され、フォーカスリングＦＲはフォーカスリング載置面１２ｂに静電吸着される。ウエハＷの温度やフォーカスリングＲＦの温度は、ウエハ載置台１０の裏面に取り付けた冷却板５０の図示しない冷媒通路へ供給する冷媒の温度を調節することによって制御することができる。
この状態で、チャンバ８０の内部を所定の真空雰囲気（又は減圧雰囲気）になるように設定し、シャワーヘッド９０からプロセスガスを供給しながら冷却板５０とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。そして、そのプラズマを利用してウエハＷにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。ウエハＷがプラズマ処理されるのに伴ってフォーカスリングＦＲも消耗するが、フォーカスリングＦＲは厚さが厚いため、フォーカスリングＦＲの交換は複数枚のウエハＷを処理したあとに行われる。
以上説明したウエハ載置台１０では、ウエハＷにプラズマ処理を施す際、導通部３０には高周波電流が流れる。この導通部３０は、第１電極２１と第２電極２２との間にウエハ載置面１２ａに平行な板状の金属メッシュからなる円形部材３２を複数枚重ねたものである。こうした導通部３０は、導通経路が第１電極２１と第２電極２２との間の距離とほぼ同じであり、しかも金属メッシュ同士が多点で接触しているため、例えば図９のジグザグに屈曲させた金属メッシュに比べて、高周波電流が流れるときのインピーダンスが低くなる。したがって、導通部３０の上方箇所が特異的に高温になるのを防止でき、ウエハＷの均熱性が良好になる。
また、円形部材３２の網目空間には、セラミックス基体１２の材料が入り込んでいるため、強度的に有利になる。
更に、図５の製造工程において、円形部材３２を複数枚重ねて導通部３０を作製するため、ホットプレス焼成時にセラミックス粉末が焼結して収縮するのを妨げない。また、第１電極２１と第２電極２２との距離をコントロールしやすい。ウエハＷをウエハ載置面１２ａに吸着する力は、セラミックス基体１２のうち第１電極２１とウエハ載置面１２ａとの間の層（第１誘電体層）の厚みに依存し、フォーカスリングＦＲをフォーカスリング載置面１２ｂに吸着する力は、セラミックス基体１２のうち第２電極２２とフォーカスリング載置面１２ｂとの間の層（第２誘電体層）の厚みに依存する。第１誘電体層の厚みと第２誘電体層の厚みはそれぞれ異なる設計値になっていることが多いが、図５の製造工程を採用することにより、第１誘電体層の厚みと第２誘電体層の厚みを容易に設計値に合わせることができる。
更にまた、ホットプレス焼成前、穴４２内の円形部材３２の網目空間にはセラミックス粉末が入り込んでいるため、網目空間が空洞の場合に比べて、焼成後のセラミックス基体１２にクラックが生じにくい。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、第２電極２２を環状電極としたが、図８のウエハ載置台１１０のように、第２電極１２２を第１電極２１よりも外径が大きな円板電極としてもよい。図８では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。第１電極２１が円板電極で第２電極２２が環状電極の場合には、第１電極２１をウエハ載置面１２ａの上からみたとき、第１電極２１のうち第２電極２２に重なっている二重部分（導通部３０が設けられている部分）と第２電極２２に重なっていない一重部分があるため、二重部分と一重部分とではウエハＷに与える影響が異なるおそれがある。これに対して、図８のように第１及び第２電極２１，１２２がいずれも円板電極の場合には、第１電極２１をウエハ載置面１２ａの上からみたとき、第１電極２１の全体が第２電極１２２に重なっているため、そのようなおそれがない。
上述した実施形態において、セラミックス基体１２に抵抗発熱体を埋設してもよい。その際、ウエハ載置面１２ａに載置されたウエハＷを加熱する抵抗発熱体とフォーカスリング載置面１２ｂに載置されたフォーカスリングＦＲを加熱する抵抗発熱体とをそれぞれ独立して設けてもよい。また、ウエハＷを加熱するゾーンを多ゾーンに分けてゾーンごとに抵抗発熱体を独立して設けてもよい。
上述した実施形態では、第１及び第２電極２１，２２を静電電極として用いる場合を例示したが、第１及び第２電極２１，２２を静電電極として用いると共にＲＦ電極として用いてもよい。その場合、図７において、第１及び第２電極２１，２２とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。なお、第１及び第２電極２１，２２を静電電極ではなくＲＦ電極として用いてもよい。
上述した実施形態では、第１電極２１は、セラミックス基体１２の裏面１２ｃに差し込まれた図示しない給電棒を介して直流電圧が印加されるものとして説明したが、これに代えて、第２電極２２が、セラミックス基体１２の裏面１２ｃに差し込まれた図示しない給電棒を介して直流電圧が印加されるものとしてもよい。その場合、第１電極２１は、第２電極２２と導通部３０を介して電気的に接続されているため、第２電極２２に直流電圧が印加されると、それに伴い第１電極２１にも直流電圧が印加される。
本出願は、２０１７年１０月２４日に出願された米国仮出願第６２／５７６，２４０号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
本発明は、例えば半導体を製造する技術において利用可能である。
１０，１１０ ウエハ載置台、１２ セラミックス基体、１２ａ ウエハ載置面、１２ｂ フォーカスリング載置面、１２ｃ 裏面、２１ 第１電極、２２，１２２ 第２電極、３０ 導通部、３０ａ 点接触部、３２ 円形部材、３４ 多層体、４０ セラミックス加圧成形体、４２ 穴、４４ 積層体、４６ セラミックス基体、５０ 冷却板、８０ チャンバ、９０ シャワーヘッド。

Claims (6)

  1. ウエハ載置面を有するセラミックス基体の内部に、前記ウエハ載置面に近い方から、第１電極と第２電極とが前記ウエハ載置面に平行になるように埋設され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に導通する導通部を備えたウエハ載置台であって、
    前記導通部は、前記第１電極と前記第２電極との間に前記ウエハ載置面に平行な板状の金属メッシュ部材を複数枚重ねたものである、
    ウエハ載置台。
  2. 前記金属メッシュ部材の網目空間には、前記セラミックス基体の材料が入り込んでいる、
    請求項１に記載のウエハ載置台。
  3. 前記第１電極及び前記第２電極は、静電電極として用いられるか、ＲＦ電極として用いられるか、又は、静電電極及びＲＦ電極の両方に用いられる、
    請求項１又は２に記載のウエハ載置台。
  4. 前記第１電極は円板電極であり、前記第２電極は前記第１電極よりも径が大きく前記第１電極と同心円上の円板電極又は環状電極である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハ載置台。
  5. 前記セラミックス基体は、前記ウエハ載置面の外側に前記ウエハ載置面よりも低い環状段差面を有し、
    前記第１電極は、前記ウエハ載置面と向かい合うように設けられ、
    前記第２電極は、前記環状段差面に向かい合うように設けられている、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のウエハ載置台。
  6. （ａ）第１電極又はその前駆体が埋設されたセラミックス加圧成形体の一方の面から第１電極又はその前駆体まで導通部を配置するための穴を掘る工程と
    （ｂ）前記穴の中に板状の金属メッシュ部材を前記第１電極又はその前駆体に平行になるように複数枚重ねて入れ、最上段の前記金属メッシュ部材が前記穴の口に至るようにする工程と、
    （ｃ）前記セラミックス加圧成形体の前記一方の面に、第２電極又はその前駆体を、前記第１電極に平行に且つ最上段の前記金属メッシュ部材と接するように設ける工程と、
    （ｄ）前記第２電極又はその前駆体を覆うように前記セラミックス加圧成形体の前記一方の面にセラミックス粉末を敷いて加圧成形することにより積層体を得る工程と、
    （ｅ）前記積層体をホットプレス焼成する工程と、
    を含むウエハ載置台の製法。
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